决策不确定性作为运动记忆的情境线索

背景介绍

在足球比赛中的点球大战中，队员可能面临两种截然不同的决策情境。例如，某位球员可能决定果断地将球踢向右侧角落，因为看见守门员正在向另一侧移动，或者他可能在不确定守门员动作时，踢出相同的射门动作。我们普遍认为，无论前期决策是否确定，两种情况调用和执行的运动记忆（例如，踢球到右侧的运动程序）应该是相同的。然而，这一假设是否成立呢？这是本文的研究核心。

现有的知觉决策模型认为，一旦做出决策，随后的运动程序会不考虑之前决策过程中的不确定性，实现单一的运动任务。然而，在本文的研究中，作者挑战了这一观点，提出决策不确定性实际上可以作为运动记忆的情境线索。

运动学习方面的主流理论认为，大脑通过情境推断过程，灵活地形成和切换不同的运动记忆，这主要依赖于直接指定动作的外部感官线索。然而，这些情境线索不包括进行动作前的决策状态。但在现实中，人们根据决策不确定性对行动进行不同的调整似乎更为合理，因为主观不确定性与行为结果等重要因素相关。这种决策不确定性对运动记忆是否有影响，以及这种影响能否扩展到新情境，是本文探讨的核心。

来源介绍

本文由Kisho Ogasa、Atsushi Yokoi、Gouki Okazawa、Morimichi Nishigaki、Masaya Hirashima和Nobuhiro Hagura团队撰写。作者分别隶属于日本大阪国立信息与通讯技术研究所（National Institute of Information and Communications Technology, NICT）、大阪大学（Osaka University）、中国科学院（Chinese Academy of Sciences）和本田研发公司（Honda R&D Co. Ltd）。研究成果于2024年5月13日被《Nature Human Behaviour》采纳，并于近日在线发表。

研究流程

实验1：基础学习和测试

实验共分为两个阶段：学习阶段和测试阶段。在实验开始前，参与者先熟悉随机点运动决策任务。然后，参与者被分成两组：确定决策组和不确定决策组。确定决策组判断100%同相随机点运动，而不确定决策组判断3.2%同相运动。在学习阶段，参与者需要在速度依赖卷曲力场的影响下进行直线到达运动。为抵消力场干扰，参与者需要产生适当的垂直力（补偿力），通过探测试验（通道试验）测量这个力。

在测试阶段，参与者继续进行与学习阶段相同的力场任务，但探测试验包括六种不确定性水平的运动。在这种设计下，可以观察到在特定决策不确定性下所形成的运动记忆如何推广到不同的不确定性水平。这种不确定性水平包括3.2%、6.4%、12.8%、25.6%、51.2%和100%的运动。

实验2：决策不确定性作为情境线索

为了直接展示决策不确定性作为情境线索的作用，研究者设计了不同强度的力场和决策不确定性的匹配实验。实验分为三组：主实验2-1和两个控制实验2-2和2-3。主实验2-1测试参与者能否在不同决策不确定性情境下学会不同强度的力场（例如，关联一定和不一定决策的不确定性）。控制实验2-2考察不同视觉特征的作用，而2-3则考察决策前时间的作用。

实验3：相反力场的学习

实验3测试能否通过关联不同的决策不确定性，以学习分别与两个相反方向相关的力场，采用对照组设计。实验包括两个主实验3-1和3-2，分别测试不同强度的力场，并通过控制实验3-3进一步验证视觉特征。

实验4：决策不确定性情境在不同视觉刺激间的迁移

研究者通过实验4考察了随机点运动和箭头序列两种视觉刺激，在相同决策不确定性下的运动记忆迁移情况。这一实验通过匹配两种视觉刺激的主观不确定性水平，以确定是否可以在不同视觉刺激间迁移。

实验5：计划和执行阶段的决策不确定性

在实验5中，研究者进一步探讨决策不确定性是否能在规划和决策阶段作为情境线索影响运动记忆。参与者被要求在完成初始直线到达动作后，按照决策方向完成随后的动作。不同不确定性水平的决策被分别汇报，并评估其对第一阶段动作的影响。

主要研究结果

实验1显示，参与者在各自的不确定性条件下成功学习并补偿了力场，但在测试阶段，由于决策不确定性不同，两组表现出不同的力场补偿水平。

在实验2中，结果表明，参与者能够根据决策不确定性情境学习不同强度的力场。控制实验2-2和2-3显示，这种效果不仅仅是由于视觉特征或决策前时间的不同。

实验3结果显示，参与者能根据不同决策不确定性情境学会对相反方向力场进行补偿，验证了实验2-1的结论。

实验4进一步证明了决策不确定性情境的抽象性，不依赖于特定的刺激。基于随机点运动决策的不确定性可以被迁移到箭头序列刺激下。

实验5验证了在规划和决策阶段，决策不确定性同样可以作为情境线索影响运动记忆。即使在未完全执行决策动作的情况下（nogo试验），基于不确定性情境的运动记忆仍能被提取。

研究的意义和价值

本文的研究结果不仅挑战了现有的决策和运动学习的主流理论，还扩展了情境推断在运动记忆中的作用。从直觉上看，这些研究增强了我们对运动记忆如何被情境推断影响的理解，强调不仅仅是直接相关的运动控制线索，还包括决策过程本身的不确定性。

研究亮点

1. 验证了决策不确定性作为运动记忆的情境线索的作用，有助于更深入理解运动记忆的情境推断机制。
2. 展示了运动记忆在不同视觉刺激之间的迁移性，提示了这种记忆的抽象性。
3. 探索了决策规划和执行阶段的不确定性对运动记忆的影响，丰富了对决策过程神经机制的认识。

本研究不仅为运动学习和决策科学研究提供了新的视角，还可能对实际应用产生影响，例如运动训练和康复中的策略优化等。未来的研究应进一步探索这种不确定性情境在不同任务中的普遍性及其神经机制。